作业车间基于漂移瓶颈的物料流控制方法研究

发布时间：2020-06-09 00:02

【摘要】：随着经济和生产力的发展，市场需求日趋多样化和个性化，使得生产模式由传统的单一品种（或少品种）大批量逐渐转变为多品种小批量，生产作业车间内存在的各种不确定性因素对物料流影响随之增大，给车间内物料流控制带了严峻的挑战。推拉结合的TOC控制模式虽然能够通过对关键瓶颈的控制，提高物料流与生产节奏的同步性；然而，传统的TOC控制模式无法适用于由于不确定性因素而导致车间瓶颈频繁漂移的生产环境。为此，本文提出并研究了适应于不确定环境下存在瓶颈漂移现象的作业车间物料流控制方法。首先，对目前物料流控制相关邻域的研究现状进行了综述，分析了现代制造模式下作业车间环境的特点和问题，指出了现代制造环境下物料流控制方式与传统TOC控制模式的区别，将识别瓶颈和预测瓶颈漂移趋势作为物料流控制的前提。接着，围绕着不确定环境下物料流控制的核心问题，从漂移瓶颈辨识、物料投放、物料流路径以及物料流稳定性等方面进行了深入研究，具体包括： 1)在明确了作业车间物料流内涵以及物料流瓶颈漂移定义的基础上，提出了导致物料流瓶颈漂移的作业车间不确定性因素变量的数字化描述方法；利用马尔科夫链、神经网络算法分析了不确定因素间耦合关系；建立物料流瓶颈综合指数体系包括瓶颈指数、瓶颈漂移指数和瓶颈敏感指数，以实现对不确定环境下作业车间内漂移瓶颈的识别和预测。 2)根据作业车间内各制造单元的瓶颈状态、漂移特点以及主次瓶颈个数，提出了基于漂移瓶颈物料投放控制方法，包括对初始物料的准入控制以及制造单元间生产(转运)批量和提前期的控制；针对物料准入控制，提出了作业车间内瓶颈单元在制品上限、瓶颈间在制品上限和瓶颈上游单元在制品目标值作为准入依据；针对制造单元间的期量控制，采用物料流瓶颈综合指数表征制造单元内在制品流动节奏，建立以最小化非增值加工时间和相邻制造单元物料流瓶颈程度差异为优化目标的制造单元间期量设定模型，以保证各制造单元间物料流节奏的同步性，并利用粒子群算法求解该模型。 3)在计及漂移瓶颈对物料配送路径选择影响的基础上，采用瓶颈指数和瓶颈漂移指数表征实时变化的制造单元物料配送优先级，对路径选择过程中违反此优先级的行为设置惩罚成本，提出以最小化包括车辆运输成本和违反优先级的惩罚成本在内的总配送成本为优化目标，建立时变的物料配送路径优化模型；为保证运输车辆所载物料全额配送，避免非必要负载以及由此造成的非必要配送子路径，令该模型允许运输车辆非满载和物料拆分配送，以提高物料配送效率降低配送成本；并结合模型特点将贪婪策略融入遗传算法对优化模型求解。 4)对物料流鲁棒性和稳定性内涵进行了区分，以单机车间为特例建立不确定加工时间环境下的物料流稳定性控制模型并提出两种启发式算法对该NP-hard问题进行求解；在此基础上，将单机问题扩展至多制造单元作业车间，提出了两种多制造单元物料流稳定性控制策略(瓶颈单元控制策略和瓶颈上游单元控制策略)，，并通过实例比较和分析了两种策略的适用范围，表明运用该稳定性控制策略能够抑制作业车间物料流瓶颈的漂移、降低物料流控制的难度。
【图文】：

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证了该方法的有效性。四章，计及漂移瓶颈的物料流路径优化。首先，对存在漂移瓶颈的作业车间问题进行了概述；然后，将问题划分为无运输容量限制和有运输容量限制两题进行建模，其中，有运输容量限制的问题又分为物料不可拆分配送和物料子类；接着，针对以上优化模型，提出一种将贪婪算法和遗传算法结合的启最后，给出实例验证其有效性。五章，不确定环境下物料流稳定性研究。首先，明确了物料流稳定性的概念作业车间为特例建立不确定加工时间环境下的物料流稳定性控制模型，提出相关的最优化结论并予以证明；随后，提出了两种启发式算法对该模型求解和实例分析两方面验证了算法的优越性；在此基础上，将单机作业车间物料展至多制造单元环境，提出了多制造单元稳定性控制策略(瓶颈单元控制策略策略)，将多制造单元物料流控制问题转化为单机物料流控制问题；最后，通较了两种控制策略的适用范围，同时也验证了所提出控制策略的合理性。六章，全文的总结与展望。对文本的研究内容和成果进行总结，并就未来的展望。

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间物料流和物料流瓶颈概念物料流定义决定了物料流控制的范畴，明确所要研究的作业车间物制和优化方法的前提。根据作业车间的生产特点[168-171]，本文对物作业车间物料流是一种伴生性物流，主要包括原材料流、在制品流据产品工艺流程要求，实现原材料、在制品、零部件以及成品在作、工位与工位、工位与线边库存之间流转的物流活动。具有加工（存、搬运和等待 4 种状态。流向划分：原材料流为输入物料流，在制品流和零部件流为中间产流；按物料流性质划分，物料流可分为在制品流和运输流，其中运件流、成品流[172](如图 2-1)。一般，原材料输入和成品输出占整个%的时间，而在制品流动和零部件配送却占了整个物流 95%以上。和均衡更多地取决于在制品和零部件的流动，而其中零部件的配送在制品流动的方向、时间和数量。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：F273;F224

【参考文献】